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基于材料吸附机理的抑尘沥青路面改性剂选择与试验研究

更新时间:2016-07-05

目前,国内外普遍使用的抑尘方法是在道路表面洒水或者在道路表面喷洒抑尘剂,不仅消耗了大量的人力物力,而且抑尘的时效性较差,造成了严重的水资源浪费. 随着高分子材料精细化工技术的不断进步,一些涂覆型道路抑尘剂得到迅猛发展,但是这些抑尘剂或多或少存在耐久性不足、污染环境等缺点.

为了有效实现路面可持续性抑尘效果,本文提出通过将抑尘吸附改性剂掺拌到沥青混合料中铺筑成路面,使道路具有自主吸收空气中水分的“吸附行为”. 通过抑尘吸附改性剂改变沥青混合料与空气界面的特征,使混合料界面蒸气压低于同温下空气中的水蒸气的压力;在蒸汽压力差的作用下,空气中的水分不断向混合料表面聚集,在道路表面发生相位变化凝结成一层水膜;利用水膜的捕捉能力吸收空气中的扬尘以达到吸附粉尘、净化空气的目的. 吸附改性剂材料主要分为纤维素系、无机物系和无机盐系.

本文主要利用毛细吸附现象、界面润湿现象对纤维素系、无机物系和无机盐系的抑尘吸附改性剂进行选择. 结合吸湿增重、比表面积、表面自由能等宏微观数据对抑尘吸附改性剂的性能进行评估. 最后对抑尘沥青混合料进行吸湿效果试验,通过吸湿倍率评价吸湿效果.

1 基于吸附机理的抑尘吸附改性剂材料选择

1.1 抑尘改性剂的吸附机理

自然界中有很多能自发吸水、吸湿的物质,按抑尘吸附改性剂的开发原则可分为两大类:

1.1.1 毛细凝聚

毛细凝聚的物质表面微孔群的整个空间内存在着吸附力场,使吸附气体分子呈高压态. 这些与吸附质分子大小相当的微孔周壁的吸引力使吸附剂分子自发地填充微孔而产生微孔吸附作用. 气体吸附法BET原理[1]认为,固体颗粒对气体的物理吸附是吸附力场的作用,吸附发生在多孔物质上时,毛细孔空间上会形成多分子层. 采用静态氮吸附容量法[2],在液氮温度下,测定微孔物质的比表面积,比表面积越大,吸附容量越大,表明吸附能力越强. 天然纤维素系、天然无机物系材料的吸附机理都属于毛细凝聚,此类材料无毒、无害、价格低廉、方便易得.

随着消费时代的到来,旅游行业的发展日新月异,人们对游玩地点的选择也逐渐从风景名胜转向原生态的自然乡村。这一转型促进了乡村经济结构的调整,也为乡村发展注入了新能量。安徽省地貌多样,生态条件良好,自然资源丰富,且68%的旅游资源在农村,发展乡村旅游具有极大优势。近年来,安徽省乡村旅游的内容逐渐拓展,模式不断创新,而同时又伴随着新问题的产生。于此本文以枞阳县周潭镇大山村为例,概览安徽省乡村旅游的发展历程与现状,分析其存在的问题,并进行对策研究。

1.1.2 界面润湿

1.2.2 无机物系吸附材料

时空限制、文化限制和语篇限制这三方面在字幕翻译中,不是孤立存在,而是相互依存,相互依赖,相辅相成的。在处理好时空限制因素时,不能忘了文化和语境的存在,而在考虑文化和语篇环境的制约时,也需要顾及时空限制所带来的影响。功能目的论这种描述性很强的翻译理论,因其没有确切的规定应该使用哪一种翻译策略,所以译者可以根据实际情况以及最终的目的来决定。

1.2 抑尘改性剂材料选择

基于吸附机理:对纤维素系吸附材料、无机物系吸附材料及无机盐系吸附材料中的代表性材料进行测试,选择吸附功能最好的材料.

我们在前面提到过,精神文化是校园文化的核心,物质文化是校园文化的基础。这两者都是十分重要,是校园文化不可或缺的。但是就目前的情况来说,现阶段的校园文化建设,依旧是偏向物质,而对于精神文化建设,却少之又少。物质文化虽然直观,但是究其根本,物质文化所要体现的核心内涵,还是精神文化〔3〕。

1.2.1 纤维素系吸附材料

天然纤维素系吸附材料具有巨大的比表面积和多孔的表观结构,因此具有很强的毛细凝聚作用. 比表面积越大,其吸附能力越强. 故比表面积为天然纤维素系材料的主要选择指标,对天然纤维素系中代表性材料的比表面积进行测试,结果如表1.

犹代庖。《庄子·逍遥游》:“庖人虽不治庖,尸祝不越樽俎而代之矣。”庖人,掌庖厨;尸祝,掌祭祀时执祭板对神主而祝;各有职责。如庖人不尽其职,尸祝亦不代之宰烹。后因称越权办事或代作别人的事情为庖代、代庖。 参见“代庖”。 〔2〕1345

表1 天然纤维素系比表面积对比

天然纤维素系比表面积m2/g(碳化温度600℃)玉米芯粉609小麦秸秆461稻壳413玉米秸秆235

由表1可知,天然纤维素系材料中玉米芯粉的比表面积最大,小麦秸秆次之,稻壳和玉米秸秆的比表面积依次减小. 试验结果表明玉米芯粉具有更好的孔隙结构,吸附性能更好,故选取玉米芯粉作为天然纤维素系抑尘吸附改性剂.

界面润湿为固体表面的气体被液体取代的过程. 因气体在固液界面吸附层的能量较低,根据平衡时势能最小原理,气体分子要尽量挤入吸附层形成液体分子. 在水蒸气遇固体路面,稳态相变成液态水的过程中,掺配晶体颗粒的沥青混合料固体表面自由能增大,表面自由能会直接影响材料的结合强度及润湿性能,润湿性性能越大,表面吸收空气中的水分子的能力越强[3]. 研究表明,晶体颗粒的相位变化将直接导致表面自由能的变化[4],即定向凝固固液界面形貌呈现多样化. 一般来说,由于晶体密排面表面自由能较小,总是沿着某一特定的晶体取向生长,其生长择优取向为密致晶体排面,即晶体水溶液表面自由能增大的方向,也就是说晶体会自发地向其水溶液的方向发展[5]. 无机盐系吸附材料的吸附机理属于界面润湿,此类材料吸附结合牢靠,保水能力良好.

为了评价抑尘吸附改性剂在沥青混合料中的吸湿性能,采用内掺式方法将3种抑尘吸附改性剂以分别以置换率100%,75%,50%等体积置换矿粉,按表5所示的配合比,最佳油石比4.62%制备标准马歇尔试件. 然后将马歇尔试件置于恒温恒湿箱中(湿度85%,温度25 ℃),进行吸湿效果试验,同时放入只掺入矿粉的马歇尔试件作为试验对照组,排除由于集料的水分冷凝作用产生的吸湿质量增重.

“连峰际天”的毕节,从“飞鸟不通”到县县通高速公路,再到推进加密高速公路网建设,实施“组组通”公路三年大决战,正与毕节全面小康的时间点契合。

表2 天然无机物系比表面积对比

天然无机物系比表面积/(m2·g-1)沸石粉1100蒙脱石粉350海泡石粉242鸡窝岩矿石粉217

小区的容积率对房价的提升效果较明显,容积率每增长1%,房价下降163元/m2。从图3(i)可以看出:中山区、西岗区和沙河口区的大范围地段与商业中心较近,能够开发的土地资源少,开发商对大容积率的地段有很大的偏好,主要建造高层住宅,所以,容积率对房价的正向影响在这些地方最大。但部分地区容积率具有负效应,如自身容积率本就很高的甘井子区,提升容积率会增加人口数量、交通拥挤、光照不足等问题,与居民对便利的交通条件和舒适的生活环境的追求背道而驰,因此提升这些地块的容积率对房价的增加反而起到抑制效应,所以在这些地块建造一些容积率较低的住宅相对来说是比较合理的。

表面自由能的计算公式为:

无机盐类吸附材料晶体的潮解过程具有各向异性,是物理吸附过程. 而导致晶体潮解的关键原因在于晶体的骨架沿形成结晶水的方向存在较大的孔洞,且物质表面存在一个不对称力场,沿着这一特定的取向生长,会自发地吸收空气中的水蒸气,在其固体表面逐渐形成饱和溶液. 材料中水蒸气压若是低于空气中的水蒸气压,则平衡向着潮解的方向进行,水分子向物质表面移动,可以由孔洞自由进入晶体内部,即晶体水溶液表面自由能增大的方向[7].

表面张力是计算各溶液表面自由能和最大吸附量的关键指标. 表面张力越大,表征的表面自由能越大. 现将氯化钙、氯化镁、氯化钾、氯化钠分别溶于水制备无机盐水溶液,采用最大气泡压力法计算得到各水溶液的表面张力如表3所示.

表3 无机盐系水溶液表面张力对比

无机盐系水溶液/浓度为20%表面张力/(N·m-1)氯化钙溶液88.9氯化镁溶液85.4氯化钾溶液79.5氯化钠溶液78.1

由表3可知,无机盐系材料中无水氯化钙配制的水溶液的表面张力最大,即表征表面自由能最大,氯化镁、氯化钾、氯化钠表面张力依次减小. 由于无水氯化钙吸湿性极强,暴露于空气中极易潮解,无水氯化钙已作为路面集尘剂被应用于道路工程领域,故选取无水氯化钙作为无机盐系抑尘吸附改性剂.

2 抑尘吸附改性剂性能评价

2.1 吸湿增重试验

由图2可知,符合毛细凝聚的材料中,天然无机物系中沸石粉表面具有分子筛的作用,比表面积大,微孔容积大;天然纤维素系中玉米芯粉比表面积小于具有均匀性的多孔形状和粗糙的表面吸附性能高. 比表面积越大,吸附能力越强,这也将是吸附改性材料选择的依据之一.

由表2可知,天然无机物系吸附材料中沸石粉的比表面积最大,蒙脱石粉、海泡石粉、鸡窝岩矿石粉的比表面积远小于沸石粉. 因为沸石粉比表面积大,吸附性能好,且微孔容积大、吸附速度快、无吸水膨胀性、无吸水放热性、安全可靠,所以选取天然沸石粉作为天然无机物系抑尘吸附改性剂.

赵京等(2016)根据包裹体资料分析箭猪坡矿床成矿温度在100℃~259℃之间,亦证明本矿床属中低温矿床。

图1 吸附材料吸湿后质量变化曲线

由图1可知,3种材料的吸湿速率结果最终都会趋于平缓. 在吸湿试验进行到第3 h时,无水氯化钙吸湿速率显著增强,达1.25 g/h;在第36 h这一时刻,吸湿速率趋于平缓;在第8 h时,沸石粉吸湿速率显著增强,达1.15 g/h;在第48 h这一时刻,吸湿速率趋于平缓,随着吸湿时间的增加,吸湿后质量呈直线增长. 在第3 h时,玉米芯粉吸湿速率显著增强,达0.65 g/h,在第48 h这一时刻,吸湿速率趋于平缓,期间玉米芯粉吸湿后的质量呈幂函数增长.

试验结果表明:3种抑尘吸附改性材料与矿粉相比都有良好的吸湿性能. 在同一时间下,无水氯化钙吸湿后质量增加最多,平均吸湿速率最大,意味着其吸湿性能最好;沸石粉次之,而玉米芯粉吸湿效果在3种材料中最差.

2.2 比表面积测定

此试验应用马尔文3000激光粒度分析仪确定初选吸附改性剂的粒度. 由于无水氯化钙为潮解材料,故不能参与该测试试验. 基于光的散射理论与衍射理论,当激光投射到仪器的光屏系统时,可以接受光的不同分散因子. 当入射光的频率与待测颗粒的固有频率相同时,光屏吸收入射光;当入射光的波长小于待测颗粒的尺寸时,光屏吸收反射光及衍射光;若入射光的波长大于待测颗粒的尺寸时,光屏吸收散射光[8]. 根据颗粒的综合分散系数,进行计算,从而求出颗粒的粒度及尺寸,进一步测出沸石粉和玉米芯粉的比表面积. 测试结果如图2所示.

图2 比表面积测试结果对比

根据比表面积在天然纤维素系吸附材料中选取了玉米芯粉,天然无机物系吸附材料中选取了天然沸石粉. 根据表面自由能在无机盐系吸附材料中选取了无水氯化钙,对以上3种物质进行室内吸附效果对比测试试验. 将3种材料和矿粉(对照组)置于恒温恒湿箱中,试验温度湿度分别设为25 ℃,85%,记录3 d称重数据并绘出吸湿增重趋势曲线图,结果如图1所示.

2.3 表面自由能测定

按照接触角的定义,将一滴液滴滴到均匀平整的固体表面,当小液滴达到稳态平衡时,固液、固气、液气之间的夹角保持恒定,即固、液、气三相之间的界面张力达到平衡状态. 基于表面物理化学理论,通过测定掺入吸附改性剂的沥青膜试件与不同极性液体之间的接触角,结合不同种液体的表面自由能,可以计算得到沥青膜试件表面自由能的色散分量和极性分量,进而得到改性沥青膜的表面自由能.

此本试验使用光学接触角测试仪,采用座滴法用3种溶液对初选吸附改性剂的接触角进行测试,得到接触角后再进一步应用计算公式得出各沥青膜试件表面自由能.

小液滴在固、液、气三相之间的界面张力达到平衡状态时,服从以下公式:

γS-γSL=γLcos θ.

(1)

固体与液体界面表面间的相互作用力为:

中国古代散文深度研究的杰作——评杨树增、马士远著《儒学与中国古代散文》… ……………………………………… 王 琳(2.封二)

(2)

综合得到关系式为:

(3)

1.2.3 无机盐系吸附材料

纳入标准:患儿均符合《中国精神疾病分类与诊断标准》[4]中精神发育迟滞相关诊断标准;患儿存在明显的活动能力障碍及学习能力障碍;患儿监护人均自愿签署知情同意书。

(4)

(5)

式中:γS为待测固体表面自由能(J·m),γSL为固液界面的表面张力(N/m),γL为极性液体的表面张力(N/m),θ为三种已知液体介质与被侧沥青膜表面的接触角,为色散分量,为极性分量,为酸性作用成分,为碱性作用成分[9]. 试验测得的接触角数值及计算得到的各沥青膜试件的表面自由能结果如表4所示.

由表4可知,无水氯化钙的表面自由能最大,天然沸石粉次之,玉米芯粉表面自由能最低. 试验结果表明无水氯化钙极易发生离子交换,润湿性能最好,吸附效果最强.

表4 接触角及表面自由能试验结果汇总表

沥青膜添加剂种类3种液体与沥青膜表面的接触角/(°)甲酰胺乙二醇蒸馏水γLWi/(J·m)γABi/(J·m)γLWi+γABi/(J·m)玉米芯粉 80.472.288.911.3377.75919.096天然沸石粉81.274.890.818.6764.66623.342无水氯化钙82.781.2100.328.4511.26629.717

3 抑尘沥青混合料吸湿效果试验

天然无机物系吸附材料,具有独特的晶体化学结构特征,孔隙体积占总体积的60%以上,在毛细管力的作用下,具有很强的吸附性能和吸湿性能[6]. 比表面积可以反应其孔隙特征,比表面积越大,孔隙体积越大,吸附性能越好. 故比表面积为天然无机物系吸附材料的主要选择指标. 对天然无机物系材料中影响吸附效果的比表面积进行探索,结果如表2所示.

表5 抑尘沥青混合料设计级配

抗滑型AC-13通过下列筛孔(mm)的质量百分率/%筛孔尺寸/mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075设计级配10092704639302216128

为评价吸湿效果,本文提出吸湿倍率这一概念,以这一物理指标来表征吸湿能力的大小,吸湿倍率越大,抑尘沥青混合料的吸湿性能越好.

(6)

式中:η为吸湿倍率(%),Δi为只掺入矿粉的标准试件吸湿增重(g),Δ0为按比例置换矿粉掺入抑尘改性剂的试件吸湿增重(g).

吸湿效果试验进行过程中,保持恒温恒湿箱内部环境稳定,每隔2 d准确记录1次试件质量,直至试件质量不再增加为止. 试验结果绘制如图3~图5:

图3 100%置换率下的吸湿倍率

图4 75%置换率下的吸湿倍率

图5 50%置换率下的吸湿倍率

试验结果表明:掺入同一改性剂时,掺量越多吸湿倍率越大,吸湿性能越强,证明抑尘吸附改性剂在沥青混合料中也具有自主吸湿的作用;且在同一置换率条件下,吸湿倍率的大小排序为无水氯化钙>沸石粉>玉米芯粉,试验结果符合吸湿性能评估和表面自由能评估的结果.

4 结论

1)基于吸附机理,在天然纤维素系中选择了玉米芯粉,天然无机物系中选择了沸石粉,无机盐系中选择了无水氯化钙作为抑尘吸附改性剂.

(2)实际工程中,流水湍急的岸侧选用粒径较小的粗集料,能够有效减少流水对土质边坡的侵蚀作用,防止土质边坡管涌等土质流失现象发生。

2)本文对3种抑尘吸附改性剂进行了吸湿增重试验、比表面积测定和表面自由能测定. 试验结果表明:吸湿性能,无水氯化钙>天然沸石粉>玉米芯粉;比表面积,天然沸石粉>玉米芯粉;表面自由能,无水氯化钙>天然沸石粉>玉米芯粉. 说明抑尘吸附改性剂的比表面积越大,吸湿性能越好;表面自由能越大,吸湿性能越好.

糖尿病患者除了生命质量和生命年的损失外,还伴有沉重的疾病经济负担。为抵御疾病经济风险,在中国的基本医疗保险主干层的基础上,2012年7月,重庆市将城镇居民基本医疗保险制度和新型农村合作医疗制度合二为一,称为“城乡居民基本医疗保险”,城乡居民参加该医疗保险不再以户籍划分,并按两个档次的个人缴费水平自主选择,政府按实际参保人数每人每年提供财政补助。在此医疗保险政策背景下,本文研究糖尿病患者的疾病经济风险,讨论政策实施中存在的障碍和局限,并提出相应建议。

3)本文对3种抑尘吸附改性剂在不同掺量下制备的抑尘沥青混合料进行了吸湿效果试验并提出了吸湿倍率用于评价吸湿效果,吸湿倍率越大,吸湿效果越好. 试验结果表明:3种抑尘吸附改性剂在沥青混合料中都具有自主吸湿的作用,都可以作为抑尘吸附改性剂. 且在同一置换率条件下,吸湿倍率的大小排序为:无水氯化钙>沸石粉>玉米芯粉,试验结果符合吸湿增重试验和表面自由能试验的结果.

参考文献

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1∶250 000 DLG数据为本次更新的本底资料,为2013年国家下发的1∶250 000 DLG数据。该数据存在时效性上明显已经不符合现在的要求,特别是公路、居民地等要素已经相对滞后。但1∶250 000 DLG数据在水系和道路的图形综合、要素取舍上符合数据规范[1]。

[2] 张丽. 流体分子在微孔材料中吸附与扩散行为研究[D]. 杭州: 浙江大学,2008.

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我国应借鉴要式主义的立法,且采用生父到户籍登记机关办理户籍登记这一形式。其理由是:(1)户籍登记机关负责身份或户口登记。(2)要式主义的立法有助于防止生父仓促行事,“同时服务于警示、清楚化和证据功能”㊲。

张奥,薛忠军,乐兴堃,索智
《北京建筑大学学报》2018年第1期文献

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